基于樣本優化和主成分分析的多通道拉曼光譜重建及其快速成像

范賢光，劉 龍，支瑜亮，康哲銘，夏 宏，張佳杰，王 昕*

1. 廈門大學航空航天學院儀器與電氣系，福建 廈門 361005 2. 傳感技術福建省高等學校重點實驗室，福建 廈門 361005

引 言

拉曼光譜作為一種無損快速檢測技術，在材料、 化工、 生物醫學、 環保等領域已有著廣泛的應用[1-3]。然而，大多數生物、 藥材等樣本中的自發拉曼信號都較弱且易受熒光背景和噪聲的干擾，因此采譜時間往往較長，導致常規拉曼成像的動態性能較差，嚴重阻礙了拉曼光譜成像技術在快速動態體系中的應用。

目前，常用的拉曼成像技術有兩大類[4-5]：自發拉曼成像和非線性拉曼成像。自發拉曼成像主要包括掃描模式和寬場模式。掃描模式可獲得完整的三個維度信息，但是掃描時間過長，難以觀察快速變化的動態過程；寬場模式可獲取更好的動態性能，但是只能收集兩個空間維度的單波長光譜。非線性拉曼成像主要包括表面增強拉曼散射成像和針尖增強拉曼光譜成像。這兩種成像技術具備高空間分辨率和快速成像的優勢，但是其對樣品有一定的損傷且儀器結構復雜、 造價昂貴，一般由實驗室自行搭建，用于前沿科學研究，商品化儀器相對較少，推廣難度大。

因此，開發低成本且快速成像的技術至關重要。多通道拉曼成像技術[6]是解決這一問題的有效途徑之一，其基本原理如圖1所示。硬件上，通過寬場模式激發樣品，將散射光同時經過多個不同參數的濾光通道，耦合于面陣CCD的不同感光區域，從而得到多通道窄帶數據；……